某公路桥梁高墩稳定性计算

***大桥高墩计算分析报告

一、工程概况

本桥平面位于直线上，桥面横坡为双向2%，纵断面纵坡%。原桥设计左幅中心桩号为K64+，共2联 (3-40)+(3-40)m；右幅中心桩号为K64+，共2联 (3-40)+(4-40)m。上部结构采用预应力砼(后张)T梁，先简支后连续。下部结构0、6(左幅)、7(右幅)号桥台采用U台接桩基，0（右幅）号桥台采用U台接扩大基础，2、3、4(左幅)、3、4、5(右幅)号桥墩采用空心墩接桩基，其余桥墩采用柱式墩接桩基础。

由于施工过程中，施工单位将2、3、4(左幅)、3、4、5(右幅)号桥墩改为圆柱墩接桩基础，且桩基础已于2011年5月终孔。本次对其高墩进行计算分析。

主要分析结论：

1、墩顶纵桥向有约束时，失稳安全系数γ=，墩身稳定性安全。

2、墩顶纵桥向无约束时，失稳安全系数γ=，安全系数偏小。本次分析报告提出以下两个方案：

方案一：将现有变更D=2.3m圆柱式墩改为*2.3m方柱式墩，以桩帽相接，失稳安全系数γ=，安全性得到提高。

方案二：对本桥进行重新分联，左幅分为三联：40+（4*40）+40m，右幅分为三联：2*40+（4*40）+40m，将高墩全部固结，以达到稳定性要求。

从安全性方面考虑，本次分析推荐方案二。

3、施工阶段、使用阶段桥梁墩柱结构验算安全。

4、施工阶段裸墩状态受到顺桥向风荷载对墩身最不利。建议在施工过程中对墩顶施加水平方向的约束(具体的操作措施可在墩顶设置浪风索，防止墩身在风荷载作用下发生过大的位移)保证墩身的结构安全。

5、根据原桥桥型图3号墩中风化板岩顶部高程，而设计变更文件左幅3号墩墩底高程，左幅4号墩墩底高程，右幅5号墩墩底高程238等，设计为嵌岩桩，请注意桩底高程的控制。

6、本次分析墩身砼按C40考虑，请注意修改相关变更图纸。

以下将对本桥高墩稳定以及结构安全性做详细分析：

二、高墩屈曲安全性分析

原桥设计左幅中心桩号为K64+，共2联 (3-40)+(3-40)m，上部结构采用预应力砼(后张)T梁，先简支后连续。

图1、**大桥左幅立面

本桥原桥左幅2,3,4号桥墩为薄壁墩，根据变更文件2,4号墩实测墩高分别为46.1m和44.8m且与下构固结，3号墩为过度墩墩高45.9m，非固结。

图2、**大桥右幅立面

本桥原桥右幅中心桩号为K64+，共2联 (3-40)+(4-40)m。上部结构采用预应力砼(后张)T梁，先简支后连续，其中3,4，5号桥墩为薄壁墩，根据变更文件4,5号墩实测墩高分别为45.9m和44.3m且与下构固结，3号墩为过度墩墩高45.8m，非固结。

本次计算先按原薄壁墩变更为直径D=2.3m圆柱墩，分别对最高固结墩左幅2号墩（46.1m）和最高非固结墩左幅3号（45.9m）墩按实测墩高进行计算，在midas 里面建立空间杆系模型进行屈曲稳定性分析获得临界集中力，按两种不同的约束条件（墩顶在纵桥向有约束和无约束）分别进行分析（由于变更图纸中出现墩柱两种混凝土型式C30，C40，为偏安全设计本次分析按C40考虑）。

图3、圆柱有限元模型

1、左幅2号墩顶在纵桥向有约束、墩身砼采用C40砼，墩高46.1m：

A墩顶恒载：

双孔梁自重：P1=

帽梁自重：P2=

桥面二期荷载：P3=

墩顶恒载：P4=++=10696

B墩顶活载：（根据本次设计的部颁T梁上构通用图说明）

P5=3637KN

墩顶纵向约束考虑约束转动，不约束纵向位移。

C40墩顶有约束Midas计算结果

结果描述（动态模型详见midas相关失稳模态动态附件）：

根据计算显示：第二、三阶失稳临界力均比第一阶大。

根据以上分析及帽梁计算的结果，40mT梁上构自重及汽车作用到墩帽顶的荷载为P=14333kN；出现第一阶失稳的安全系数为γ=156373/14333=。计算结果显示墩身

稳定性较为安全。

2、3号墩顶在纵桥向无约束、墩身砼采用C40砼，墩高45.9m

A墩顶恒载：

双孔梁自重：P1=

帽梁自重：P2=

桥面二期荷载：P3=

墩顶恒载：P4=++=9214KN

B墩顶活载：（根据本次设计的部颁T梁上构通用图说明）

P5=4688KN

C40墩顶无约束Midas计算结果

结果描述（动态模型详见midas相关失稳模态动态附件）：

根据计算显示：第一阶的临界荷载仅为第二阶临界荷载的倍。这里按第一阶临界荷载验算墩身稳定性。

根据以上分析及帽梁计算的结果，40mT梁上构自重及汽车作用到墩帽顶的荷载为P=13902kN；出现第一阶失稳的安全系数为γ=13902=。失稳时墩顶发生纵桥向位移达1.0m。

此模型为墩顶无纵桥向约束，适用于过渡墩设滑板式支座处（左右幅均为3号桥墩）。由于此模型安全系数较小，本次分析做如下建议：

方案一：将现有变更2.3m圆柱式墩型式改为*2.3m方柱式墩。

方案二：对本桥进行重新分联，左幅分为三联：40+（4*40）+40m，其中第一联和第三联上构均为简支T梁，第二联为先简支后连续T梁；右幅分为三联：2*40+（4*40）+40m，中第一联和第三联上构均为简支T梁，第二联为先简支后连续T 梁，以达到稳定性要求。

由于按方案二重新分联后所有高墩均为固结，按墩顶有纵向约束安全系数来看，

所有高墩（含左幅2,3,4和右幅3,4,5号桥墩）稳定性均较为安全。故以下仅对本次建议方案二进行分析论证，既3号墩变更为*2.3m方柱式墩屈曲稳定安全性进行分析

3、将3号墩改为方墩2.3m×2.3m 计算其屈曲稳定

图4、方柱有限元模型

方柱墩顶无约束Midas计算结果

项目第一失稳模态第二失稳模态第三失稳模态墩顶横载(kN) 9214 9214 9214

墩顶活载(KN) 4688 4688 4688

计算结果

换算为墩顶荷载(kN)

失稳模态动画文件名无约束无约束无约束结果描述（动态模型详见midas相关失稳模态动态附件）：

根据计算显示：第一阶的临界荷载仅为第二阶临界荷载的倍。这里按第一阶临界荷载验算墩身稳定性。

根据以上分析及帽梁计算的结果，40mT梁上构自重及汽车作用到墩帽顶的荷载为P=13902kN；出现第一阶失稳的安全系数为γ=13902=。计算结果显示墩身稳定性较为安全。

从安全性角度考虑，本次设计推荐方案二，对本桥进行重新分联。

三、对结构安全性进行验算（按2.3m×2.3m方墩、D=2.3m圆柱墩分别验算）

1、按施工阶段最不利组合验算墩身结构安全性